碳纤维增强复合材料在高温环境下的疲劳寿命和裂纹扩展速率：实验研究

摘要整理

本研究以平纹双向（0°/90°）碳/环氧复合材料为研究对象，该材料因其优异的力学性能而备受关注。复合材料采用真空袋装树脂注入微波固化工艺制备，以碳纤维作为增强材料，热固性环氧树脂与固化剂作为基体材料。在高温环境下，通过实验系统评估了碳纤维增强复合材料（CFRP）的力学性能、断裂特性和疲劳裂纹扩展特征。采用动态万能试验机，在常温和高温条件下，通过改变应力比（R=0.1、0.3、0.5和0.7）计算疲劳寿命循环次数。在不同热环境下，以应力比0.1对四层复合材料层板进行疲劳裂纹扩展试验。研究建立了不同极限抗拉强度（UTS）百分比和应力比条件下应力与循环次数的关系。通过调查环境温度对裂纹扩展速率的影响，预测疲劳Paris参数，评估Paris常数C和斜率m的数值。复合材料的力学性能、疲劳寿命循环和疲劳裂纹扩展在不同温度范围内表现出明显变化。采用失效后显微结构表征技术观察了不同温度范围内复合材料试样的失效模式、纤维拔出和基体开裂等多尺度破坏特征。研究结果为航空航天应用中CFRP在变工作温度条件下的性能和耐久性评估提供了重要参考。

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